基于TSV的3D-SIP多物理場(chǎng)耦合分析研究.pdf

1、隨著芯片封裝向著工藝尺寸微小化、功能集成化及工作速度高速化方向的快速發(fā)展,基于硅通孔技術(shù)(Through Silicon Via,TSV)的三維疊層封裝(3D-SIP)技術(shù)成為了當(dāng)前重要的發(fā)展方向。基于 TSV的3D-SIP采用了垂直的互連方式,可以有效地提高封裝密度、降低功耗、減小噪聲及提高系統(tǒng)可靠性。但是,由于3D-SIP中采用了垂直互連方式,使得其特征尺寸更小、極大地增加了布局密度,并且隨著芯片工作頻率的不斷提高,復(fù)雜工作環(huán)境中的

2、多物理場(chǎng)(Multi-physics field)(主要是電磁場(chǎng)、熱場(chǎng)及結(jié)構(gòu)場(chǎng))問(wèn)題越來(lái)越明顯,嚴(yán)重的影響了基于 TSV的3D-SIP封裝的可靠性并制約了 TSV技術(shù)的發(fā)展。因此,基于 TSV的3D-SIP的多物理場(chǎng)分析是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
　　針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文在建立了基于 TSV的3D-SIP中電磁-熱-結(jié)構(gòu)三場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)分析模型的基礎(chǔ)上,采用虛位移原理對(duì)所建立的模型進(jìn)行偏微分方程弱解形式的推導(dǎo),利用有限元方法對(duì)基于 T

3、SV的3D-SIP中的電磁-熱-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行了分析研究,具體工作有以下幾點(diǎn):
　　1.通過(guò)對(duì)電磁場(chǎng)、熱場(chǎng)及結(jié)構(gòu)場(chǎng)基礎(chǔ)理論建立基于 TSV的3D-SIP中的電磁-熱-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)問(wèn)題分析的數(shù)學(xué)模型,對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo),轉(zhuǎn)化成本文有限元分析中使用到的偏微分方程的弱解形式;
　　2.研究了單個(gè) TSV在高斯電壓脈沖注入下,填充型、環(huán)形及帶絕緣層型三種 TSV結(jié)構(gòu)在耦合作用下及不考慮耦合作用下的結(jié)果進(jìn)行比較,并分析了

4、不同寬高比的 TSV中的電磁-熱-結(jié)構(gòu)耦合特性;
　　3.在多物理場(chǎng)耦合情況下對(duì) TSV之間的熱串?dāng)_問(wèn)題進(jìn)行分析研究,并以 TSV之間的距離為參數(shù)研究了距離對(duì)其電磁-熱-結(jié)構(gòu)耦合特性的影響;
　　4.對(duì)兩層基于帶絕緣層型 TSV的3D-SIP結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電磁-熱-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)耦合特性分析。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件 MINITAB進(jìn)行了基于帶絕緣層型 TSV的3D-SIP在電磁-熱-結(jié)構(gòu)耦合環(huán)境下最高溫度、最大等效應(yīng)力與 TSV結(jié)構(gòu)參數(shù)之